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Microscope et télescope
Physique

Microscope et télescope

Comment fabriquer un microscope composé à l'aide de deux lentilles convexes à courte distance focale. L'objet à observer est placé juste en dehors du foyer de la lentille objective.

20 min
Lumière et optique
microscope ; télescope ; lentilles composées

Ce que les élèves apprennent

  • Microscope
  • Télescope

Les fondements scientifiques de cette expérience

Un microscope utilise le même principe qu’un télescope réfracteur : les ondes lumineuses sont déviées lorsqu’elles traversent le verre. Dans un télescope, le but est de dévier la lumière parallèle provenant d’objets très éloignés pour la concentrer en un petit point focal au niveau de l’œil. Dans un microscope, le but est de dévier la lumière divergente (qui s’étale) pour la transformer en un faisceau parallèle, puis de dévier ce faisceau parallèle pour le concentrer en un petit point focal au niveau de l’œil.

La lumière pénètre par la lentille objective avant de traverser la lentille de l'oculaire pour atteindre votre œil.

Les télescopes à réfraction reposent sur un phénomène étonnant. Lorsque la lumière traverse le verre, elle ralentit. Le ralentissement d'un faisceau lumineux le fait dévier. Pourquoi ? Imaginez que vous tiriez une charrette sur un trottoir et que les roues d'un côté dérapent dans l'herbe. Les roues tournent plus lentement dans l'herbe que sur le trottoir, et la charrette se déplace vers l'herbe. De la même manière, lorsqu'un faisceau lumineux traverse une lentille en verre à l'intérieur d'un télescope, il se déplace vers la lentille. Lorsque le faisceau lumineux ressort de l'autre côté, il est dévié !

La forme de la lentille fait que la lumière située près du haut de la lentille est déviée vers le bas, tandis que celle située près du bas de la lentille est déviée vers le haut. À un certain endroit à l'intérieur du tube, les faisceaux lumineux se croisent, mais avant qu'ils ne puissent se disperser à nouveau, la lentille de l'oculaire les dévie une nouvelle fois et les envoie vers l'œil.

Comme les faisceaux lumineux se croisent, l'image se retrouve à l'envers. Cela n'a pas beaucoup d'importance lorsqu'on observe Mars ou la Lune (rappelons qu'il n'y a pas vraiment de haut ni de bas dans l'espace), mais les télescopes à réfraction utilisés pour observer des objets ici sur Terre sont souvent équipés d'un autre ensemble de lentilles permettant de redresser l'image.

Dans un télescope à réflexion, la lumière est réfléchie par des miroirs au lieu de traverser des lentilles.

Les télescopes réfracteurs sont plus simples que les télescopes réflecteurs, mais ils présentent une limite importante. Rappelez-vous que la lumière qui traverse une lentille en verre subit une déviation. Or, cette déviation varie selon les couleurs, ce qui entraîne une perte de netteté de l'image. Isaac Newton a résolu ce problème en remplaçant les lentilles par des miroirs.

Lorsque la lumière frappe un miroir, elle ne se réfracte pas. Elle rebondit simplement. Tout comme une balle qui rebondit sur un mur, un faisceau lumineux ressort d'un miroir dans la même direction que celle dans laquelle il est entré. En d'autres termes, l'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion. Et cette règle s'applique à toute la lumière, quelle que soit sa couleur.

Le miroir primaire d'un télescope à réflexion est courbé juste ce qu'il faut pour renvoyer toute la lumière vers le miroir secondaire. De là, la lumière traverse la lentille de l'oculaire, qui la dévie vers l'œil.

Matériel utilisé

  • Plan incliné, avec 3 terminaux de voie différents — 5891.11
  • Curseur pour supports — 4417.01
  • Support pour lentilles de 50 mm de diamètre — 4414.02
  • Paire de lentilles sphériques biconvexes, f : 5, 20 cm — 4445,00
  • Lentille sphérique biconcave f : -5 — 4 441,00
  • Échelle double face, sérigraphiée — 2208.20

Produits chimiques et réactifs

Consignes de sécurité

Questions destinées aux élèves

À quoi s'attendre

Élimination

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Cette expérience fait partie d'ATP « Mobile Lab » — un laboratoire autonome qui transforme une salle de classe ordinaire en véritable laboratoire scientifique, proposant plus de 200 expériences en physique, chimie, biologie, robotique et ingénierie. « Gali », le tuteur basé sur l'IA intégré à ATP Connect, guide les élèves à chaque étape et répond à leurs questions pendant les travaux pratiques.

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